(57)【要約】【課題】  ＴＶＡＦにおけるスキャンＡＦの高速化。【解決手段】  エリアセンサから、レンズ駆動に応じて、順次、ライン読み出しを行い、そのＡＦ評価値から、ラフな合焦位置を算出し、その後、領域を広げたＡＦ評価値にてフォーカス制御する。【選択図】  図１
2005300631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影用の撮像素子と、撮影用の光学系と、前記撮像素子の出力画像を取り込み、その高周波成分が最大になるように前記光学系のフォーカス制御を行う自動焦点制御において、フォーカス駆動手段と連動して、撮像素子の第一の領域から得られる、高周波成分に基づいて、フォーカス制御を行う第１のフォーカス制御手段と、フォーカス駆動手段と連動して、撮像素子の所定ラインの高周波成分に基づいてフォーカス制御を行う第２のフォーカス制御を備えたことを特徴とする電子スチルカメラ。
【請求項２】
第２のフォーカス制御手段により、概略のフォーカス位置を算出後、第１のフォーカス制御手段を動作させることを特徴とする。
【請求項３】
第２のフォーカス制御手段は、所定ラインの高周波成分の算出にあたり、同一位置のライン間において正規化処理を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種の電子カメラ等に用いられる自動焦点装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子カメラ等をはじめとする映像機器の進歩は目覚ましく、オートフォーカス制御、オートアイリス制御、ズーム機能等が標準的に装備され、あらゆる部分において、操作性の改善及び多機能化が図られている。
【０００３】
ところでオートフォーカス制御装置（自動焦点調節装置）を見ると、特開２００４−６２１８８に開示されているような撮像素子等により被写体像を光電変換し得られた映像信号中より画面の鮮鋭度を検出し、それが最大となるようにフォーカスレンズ位置を制御して、焦点調節を行うようにしたＴＶＡＦ方式が主流になりつつある。
【０００４】
前記鮮鋭度の評価としては、一般にある帯域のバンドパスフィルターにより抽出された映像信号の高周波成分のレベル（以下焦点電圧）等を用いている。これは、通常の被写体像を撮影した場合、焦点が合ってくるに従って焦点電圧は大きくなり、そのレベルが最大になる点を合焦位置としている。
【０００５】
ＴＶＡＦ方式において、フォーカスレンズの制御は、合焦点の方向が分からないときにはレンズを微小駆動し、焦点電圧が大きくなる方向を判別して合焦点の方向判別を行った後は、判別方向へレンズを少しづつ駆動しながらＡＦ評価値を検出し、その合焦状態を判別して、一度合焦点を乗り越えた後、合焦点にレンズを戻すようにして合焦させている。
【０００６】
次に、微小駆動動作について説明する。フォーカスレンズをある方向に駆動し、信号が増加した場合はそのままの駆動方向を変えず、信号が減少した場合は駆動方向を反転させる。つまり、常時合焦信号の大きくなる方向へフォーカスレンズは駆動される。このように制御されることで合焦点の方向に絶えず駆動されるため、速度は遅いが微小駆動を繰り返すだけでも最終的には合焦点に達することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような従来のＴＶＡ方式システムにおいては、複数のフォーカスレンズ位置での焦点誤差を検出して合焦位置を判定するために、各フォーカスレンズ位置毎に１画面分の画像信号を必要とし、ＡＦ動作に必要な時間が長くなってしまうという問題点がある。
【０００８】
例えば、フォーカスレンズ位置を１００ステップに設定した場合には、ＡＦのために１００画面分の画像信号を撮像素子によって取得する必要があり、撮影開始までの時間が相当ながくかかる。例えば、読み出し時間が１画面分１５ｍｓｅｃとすると、１．５ｓｅｃもＡＦの決定に時間がかかることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、１画面の画像信号の内、一部の領域から複数のレンズ位置にそれぞれ対応した焦点誤差を検出して合焦位置を判定できるようにして、高速かつ高精度の自動焦点調節を行うことができる電子的撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明に係る電子的撮像装置は、被写体像を撮像面に結像させる撮像レンズと、複数の光電変換素子が２次元アレイ状に配列されるとともに、所定間隔で配置された複数ラインの組み合わせからなる複数の光電変換素子ラインに分割され、撮像光学系により撮像面に結像された被写体像に対応した電荷を蓄積する撮像素子と、この撮像素子の同一の光電変換素子ラインに属する光電変換素子は同一のタイミングで電荷蓄積を開始し、異なる光電変換素子ラインに属する光電変換素子は互いに異なるタイミングで電荷蓄積を開始するように撮像素子の電荷蓄積開始タイミングを制御する制御手段と、撮像素子の各光電変換素子ラインからそれぞれ読み出された画像信号に基づいて撮像レンズを光軸方向に駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように本発明では、撮像素子の分割された各光電変換素子ラインに互いに異なるタイミングで蓄積が開始された信号電荷を画像信号として読み出すため、各光電変換素子における信号電荷の蓄積動作を撮像レンズを光軸方向に移動させながら行うことにより、各光電変換素子ラインから読み出された各画像信号に基づき撮像レンズの異なる複数の位置における焦点誤差情報が得られ、これに基づいて合焦位置を判定できる。
【００１２】
すなわち、撮像素子の時系列的な画像信号によって得られる１ライン分の画像信号から合焦位置を判定することができ、この合焦位置に撮像レンズを移動させることにより、ＡＦ（自動焦点調節）動作の高速化が可能である。
【００１３】
ここで、駆動手段は撮像素子の各光電変換素子ラインの電荷蓄積開始タイミングに同期して撮像レンズを所定位置に駆動することが好ましい。この場合、撮像レンズの各位置において各光電変換素子ラインから読み出された画像信号の高周波成分を比較し、その相互比較結果に基づき合焦位置を判定して撮像レンズを合焦位置に駆動するようにすればよい。このようにすると、少ない演算量で簡単に合焦位置を判定して、高速に撮像レンズを合焦位置に移動させることが可能となる。
【００１４】
また、上記光電素子ラインからの高周波成分情報を検出して、概略の合焦位置駆動を行い、その付近において、画面領域を広げて、上記微小駆動による、ＡＦ評価量を算出し、その結果により、より正確な合焦位置を判定して駆動を行えば、より正確に合焦位置を判定することができ、ＡＦ動作の精度がさらに向上する。
【００１５】
また、上記光電素子ラインからの高周波成分の抽出にあたり、画面間の同一ライン位置同士の正規化処理をおこなうことにより、さまざまな被写体対応が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の自動焦点調節方法によれば、画面内のＡＦ評価値の算出にあたり、レンズのフォーカス駆動に連動して、画面内の所定ラインごとのＡＦ評価値から、合焦状態を判定することができるので、非常にすばやいＡＦ動作を行うことができるという効果を奏する。
【００１７】
また、ラインごとの正規化処理を行うことにより、被写体依存の少ないＡＦ制御が可能となるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例について、図１〜図２を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る自動焦点調節装置を具備した撮像装置である電子カメラシステムの構成を示すブロック図である。図１において、１０１は固定の第１群レンズ、１０２は変倍を行う変倍レンズ、１０３は絞り、１０４は固定の第２群レンズである。１０５はフォーカスコンペレンズ（以下、フォーカスレンズと記述する）で、変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とピント合わせの機能を兼ね備えている。１０６は撮像素子であるＣＭＯＳセンサ、１０７はＡＧＣで、ＣＭＯＳセンサ１０６の出力を増幅するものであり、後述のカメラ制御マイコン（マイクロコンピュータ）１１５からの信号によって増幅率が調節される。１０８はカメラ信号処理回路であり、１０７のＡＧＣ出力をＡＤ変換してデジタル信号におき直して、内部的に、さまざまな画像系のデジタル信号処理をおこなう。１０９は記録装置で、カメラ信号処理回路１０８からの出力を半導体メモリ等の記録媒体に記録するものである。１１０は変倍レンズ１０２を駆動させる変倍レンズモータ、１１２はフォーカスレンズ１０５を駆動させるフォーカスコンペレンズモータである。１１１は変倍レンズドライバ、１１３はフォーカスコンペレンズドライバで、それぞれ変倍レンズモータ１１０、フォーカスレンズモータ１１２を後述のカメラ制御マイコン１１５からの信号により駆動するものである。１１４はＡＦ（自動焦点調節）評価値処理回路で、ＣＭＯＳセンサ１０６の出力信号中より焦点検出に用いられる高域成分を抽出する回路である。この出力がＡＦ評価値であり、カメラマイコン１１５へ出力される。１１５はカメラ制御マイコンで、本システム全体を総合的に制御すると共に、ＡＦ評価値処理回路１１４の出力信号に基づいて、変倍レンズモータ１１０、フォーカスコンペレンズモータ１１２を制御するものである。
【００１９】
図１のように構成された電子カメラシステムにおいて、基本的には、カメラ制御マイコン１１５はＡＦ評価値処理回路１１４の出力信号レベルが最大となるようにフォーカスレンズ１０５を移動させて自動焦点調節を行っている。
【００２０】
カメラ制御マイコン１１５の制御動作について図２を用いて詳しく説明する。図２は本実施の形態に係る自動焦点調節装置におけるカメラ制御マイコン１１５のＡＦ制御動作のアルゴリズムを示すフローチャートであり、同図のフローチャートはカメラ制御マイコン１１５内で処理される。
【００２１】
図２のステップＳ２０１でフォーカスレンズ１０５を微小駆動動作させながら、撮影画面内の所定領域の面積の画像信号により、ＡＦ評価値を取り込むことにより、現在合焦しているのか、ボケているのか、ボケているときには合焦点はどちらなのかを判断する。次に、ステップＳ２０２で先ほどの結果が合焦状態か否かの判定を行う。これは、レンズの現在位置が微小駆動をしたときに得られるＡＦ評価量のピーク値にいるかどうかで判定する。合焦状態ならば、Ｓ２０３にて合焦状態の処理を行う。この処理としては、例えば、以降のレンズ駆動を停止するとともに、合焦状態の報知を外部表示機能を用いたりして行う。Ｓ２０２にて非合焦と判定されたならば、Ｓ２０４にて駆動方向の判別を行う。
【００２２】
これは、Ｓ２０１にて行われた、微小駆動によるＡＦ評価値の取得した結果より、どちらかの方向へレンズ駆動を行えば、より合焦に近づくことができるかと判定できるので、その情報をもとに駆動方向を決定する。Ｓ２０５にて、Ｓ２０４にて判定された駆動方向に少しずつレンズ駆動を行う。また、この駆動に連動して、Ｓ２０６にてセンサからの読み出しを行う。このセンサ読み出しは、画面上のあるラインの読み出しを行う。次に、Ｓ２０７にて、このライン読み出しされたものに対して、ＡＦ評価値の算出を行う。これは、読み出されたラインに関して、高周波成分のみを抽出し、それをこのラインのＡＦ評価値とする。Ｓ２０８にてＡＦ評価値がピークを迎えているかいないかの判定を行う。但、この判定は読み出されたライン数が所定以上になったときから、判定を開始する。所定ライン数になるまで、Ｓ２０５からＳ２０７を繰り返してラインごとのＡＦ評価値を取得する。
【００２３】
この動作により、レンズの位置に応じて、読み出されるラインが少しずつ動いていくことになる。
【００２４】
この様子を図４、図５を用いて説明する。ＡＦ用のライン読み出しの対象領域としては、図４のごとく、画面領域中の一部であり、Ｌ1〜Ｌnで表記される領域である。この図４において、被写体としては、黒塗りの領域、Ｌ1〜Ｌnを横切る形で棒状のものが存在するときの絵である。図８においてレンズ駆動が至近側から無限側へ駆動が行われるときに、センサからの読み出しがＬ1、Ｌ2、Ｌ3、…Ｌnとレンズの動きに連動して読み出される。これはＣＭＯＳセンサならば、このレンズ駆動に合わせて、ラインごとの蓄積開始時間を変更して、読み出しが連続的であっても各ラインの蓄積量を一定に保つことができる。この蓄積時間の様子を図５では、蓄積と称して、各ラインの線分を記載している。この蓄積されたラインの読み出しは、読み出しと記載されている斜めの線で表現している。蓄積後にＬ1から順番によみだされていくのを斜めの線は表現している。この図では、Ｔｍｓｅｃごとに（Ｌ1〜Ｌn）を順次読み出していく。このライン読み出し後、各ラインのＡＦ評価値が算出される。これを図５では高Ｆ成分として記載している。このＡＦ評価値は、丁度各ラインの蓄積時間の中央位置に相当する時間のときのレンズ位置におけるＡＦ評価値であることを図５の高Ｆ成分の黒丸で示している。Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3と次々に算出されていく。今、被写体として図５のような被写体なので、最初の一画面分の高Ｆ成分の各ラインの値はほぼまったく同一値を示す。ＡＦ評価値のピークを見つける為には、最低３つのデータが存在すれば判定可能である。この３つのデータを判定する処理を次々と実行していく。この３つのデータでピークが見つからないときは、Ｓ２０８でＮＯ判定され、Ｓ２０５のレンズ駆動を実行しながら、ラインのＡＦ評価値を順次算出して、判定を行うことをピーク値がみつかるまで繰り返す。例えば、ＡＦ領域の一画面相当Ｌ1〜Ｌnを実行してもピーク値が見つからないときには、次の画面としてのＬ1〜Ｌnを実行していく。
【００２５】
その後、レンズ駆動が合焦点付近まで駆動がかかるときの、ＡＦの評価値は、必ずピーク位置を越えていくので、図５中の高Ｆ成分のピーク位置をみつけだすことができる。
【００２６】
このピーク位置をみつけたら、Ｓ２０８にてＹＥＳ判定となり、Ｓ２０９にてレンズ駆動を停止する。
【００２７】
次に、Ｓ２１０にて、先のＳ２０１と同様に、より、精度の高いＡＦ評価値をえるために、Ｓ２０８にてみつかったピーク位置付近にての、レンズ微小駆動を行い、ＡＦ評価値の入手を行う。Ｓ２１１にて、先ほどのＳ２１０にて得られた、複数位置のＡＦ評価値を元に、合焦位置を算出する。Ｓ２１２にて、その合焦位置にレンズ駆動を行い、合焦状態とする。Ｓ２１３にて合焦状態としての、合焦表示等を行い、撮影者に報知する。
【００２８】
このように、合焦位置のラフな位置をラインのＡＦ評価値情報をもとに算出すると、合焦位置の算出にかかる時間がかなり短くできる。
【００２９】
（第２の実施例）
第２の実施例を図３に示す。
【００３０】
第２の実施例は、第１の実施例と比較して、ＡＦ評価値の算出の方法が異なる。
【００３１】
先ほどの実施例では、前提としている被写体が上下方向に関して、均等な被写体としているが、上下方向に関して、均等でない被写体のときに有効な処理である。
【００３２】
フローにおいて、第１の実施例と同じ番号のものは同様な処理を示しているので、追加されたルーチンのＳ２１４、Ｓ２１５に関して説明する。
【００３３】
Ｓ２１４：まずこの正規化処理を行う基準を得るために、最初の１画面のライン評価値を得る（Ｌ1〜Ｌn）。
【００３４】
このとき、最初の１画面ではＡＦ評価値のピークを見つけられないことになるので、この最初の１画面分はレンズ駆動が停止状態にて行う。
【００３５】
以降、第１の実施例と同じく、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７にてレンズ駆動に連動させながらのラインのＡＦ評価値を抽出していく。
【００３６】
Ｓ２１５：ＡＦライン評価値、正規化処理とは、上下方向に異なる被写体時は、図５のごとく、ＡＦ評価値としての高周波成分はラインごとに、安定な出力とはならず、図６にみられるように、暴れた出力となる。このため、あるラインのＡＦ評価値を初期画面の同一ライン位置の評価値にて正規化処理を行う。この正規化処理とは、同一ラインにおける変化量で示す。
【００３７】
ＡＦ（ｎｍ）／ＡＦ（ｎ1）
ＡＦ（ｎｍ）：ｎラインのｍ画面位置のＡＦ評価値
ＡＦ（ｎｍ＋１）：ｎラインの最初の１画面位置のＡＦ評価値
最初のＡＦ評価値を算出したときは、非合焦状態であるので、ＡＦ評価値は必ずレンズ駆動に応じて上昇する方向へ向かう。
【００３８】
この正規化処理が行われた以降の処理、Ｓ２０８以降は、第１の実施例と同様である。この正規化処理されたＡＦ評価値から、ピーク位置がきたかどうかを判定し、ピーク付近にきていると判定されたならば、Ｓ２０９以降の処理を行う。
【００３９】
図６において、高Ｆ成分１と記載されているのが、正規化が行われる前の直接のＡＦ評価値である。高Ｆ成分２が正規化処理後の波形である。この図６においては、最初の一画面分のデータは記載されていない。
【００４０】
高Ｆ成分２は正規化処理により、画面ごとの乱れた成分が取り除かれ、よりピーク位置が正確に判定可能となっている。
【００４１】
この後、ラインＡＦ評価値に基づいて、合焦位置がラフに見つかるので以降、より精度の高い、ある領域を対象にした微小駆動を実施し、精度の高い合焦位置にフォーカス制御を行う。
【００４２】
このようにすることにより、被写体の影響を防止でき、精度の高い合焦位置を見つけていくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例のカメラブロック図
【図２】第１の実施例のフローチャート
【図３】第２の実施例のフローチャート
【図４】第１の実施例のＡＦのライン図
【図５】第１の実施例の説明図
【図６】第２の実施例の説明図
【図１】
2005300631.tif 000003
【図２】
2005300631.tif 000004
【図３】
2005300631.tif 000005
【図４】
2005300631.tif 000006
【図５】
2005300631.tif 000007
【図６】
2005300631.tif 000008